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東南大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）
東 南 大 學(xué) 畢 業(yè) （設(shè) 計(jì)）論 文 獨(dú) 創(chuàng) 性 聲 明
本人聲明所呈交的畢業(yè)（設(shè)計(jì)）論文是我個(gè)人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的研究成果。盡我所知，除了文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果，也不包含為獲得東南大學(xué)或其它教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或證書而使用過的材料。與我一同工作的同志對本研究所做的任何貢獻(xiàn)均已在論文中作了明確的說明并表示了謝意。
論文作者簽名： 日期： 年 月 日
東 南 大 學(xué) 畢 業(yè) （設(shè) 計(jì)）論 文 使 用 授 權(quán) 聲 明
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論文作者簽名： 導(dǎo)師簽名：
日期： 年 月 日 日期： 年 月 日
家用切片切絲機(jī)設(shè)計(jì)(根莖類、塊類蔬菜)
02007302 劉江麗
指導(dǎo)教師 陳芳
摘要:根莖類、塊類蔬菜家用切片切絲機(jī)的設(shè)計(jì)主要是在原有大型切菜機(jī)的基礎(chǔ)上，對設(shè)計(jì)要求及工作原理進(jìn)行系統(tǒng)分析后完成的創(chuàng)新設(shè)計(jì)。本文著重說明了家用切片切絲機(jī)整體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)過程，包括原理方案設(shè)計(jì)，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、切削機(jī)構(gòu)和壓緊定位機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)以及主要部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，并對部分設(shè)計(jì)結(jié)果進(jìn)行校核。本設(shè)計(jì)需手動(dòng)操作，并采用直齒圓錐齒輪傳遞動(dòng)力，以實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)方向的轉(zhuǎn)變。切削機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單，主要由盤形刀架、墊塊及切片刀和切絲刀組成，調(diào)節(jié)切削形狀及切削厚度方便。上下頂蓋間開合較為頻繁，采用杠桿鎖止器實(shí)現(xiàn)快速連接。整體機(jī)構(gòu)采用立式布置，結(jié)構(gòu)緊湊，并可實(shí)現(xiàn)三個(gè)工位依次加工，分類收集的功能。本設(shè)計(jì)重新選擇動(dòng)力來源，改進(jìn)切削方法，不僅增強(qiáng)了家用切片切絲機(jī)的加工能力，還提高了使用的安全性。
關(guān)鍵詞：切片切絲機(jī)，傳動(dòng)方案，錐齒輪，切削機(jī)構(gòu)、壓緊定位機(jī)構(gòu)，杠桿鎖止器，工位
Design of Household Slicing-shredding Machine (for Rhizome and Tuber)
Student number: 02007302 Name: Liu Jiangli
Supervised by Chen Fang
Abstract: The design of household slicing-shredding machine is based on the original design data and detailed analysis of its design requirement and operational principle. It is a design with certain innovation. This article highlights the design process of slicing-shredding machine’s whole structural design, including the design of principle scheme, transmission mechanism, cutting mechanism, chucking system and the main parts, etc. Apart from this, it provides some checking data of the design results. This design has to be operated manually, and it uses spur bevel gears to transmit motion and change direction. This simple cutting mechanism is made up of a disc tool rest, blocks, a smooth blade and a shredding blade, so the chip dimension can be regulated easily. Using lever locks to achieve the opening and closing of the top. With an upright arrangement, the whole structure is compact and can achieve processing three working positions in order and collecting the items individually. After reselection of the basic motive source and improvement of cutting method, the processing capability and safety of the household slicing-shredding machine is improved.
Key words: slicing-shredding machine, transmission scheme, bevel gear, cutting mechanism, chucking system, lever lock, working position
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目錄
1、緒論 1
1.1 引言 1
1.2 我國現(xiàn)有食品機(jī)械介紹 1
1.2.1 食品機(jī)械在我國食品工業(yè)中的地位與作用 1
1.2.2 食品機(jī)械的分類與特點(diǎn) 2
1.2.3 我國食品機(jī)械行業(yè)的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢 2
1.3 切菜機(jī)介紹 3
1.3.1 切菜機(jī)介紹 3
1.3.2 切菜機(jī)的發(fā)展趨勢 3
1.3.3 切菜機(jī)的工作原理 4
1.4 本文的研究目的和主要研究內(nèi)容 4
1.5 原始數(shù)據(jù)及技術(shù)要求 5
1.5.1 原始數(shù)據(jù) 5
1.5.2 技術(shù)要求 5
2、原理方案設(shè)計(jì) 6
2.1 原理分析 6
2.2 方案選定 6
2.2.1 整體機(jī)構(gòu)布置 6
2.2.2 動(dòng)力選擇 7
2.2.3 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)選型 7
2.2.4 工作原理簡圖繪制 8
3、切削機(jī)構(gòu)及定位壓緊機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 9
3.1 切削機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 9
3.1.1 設(shè)計(jì)要求 9
3.1.2 機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 9
3.2 定位壓緊機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 9
3.2.1 設(shè)計(jì)要求 9
3.2.2 機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 10
3.3 箱體快速連接機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 10
3.3.1 設(shè)計(jì)要求 10
3.3.2 機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 10
4、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 11
4.1 傳動(dòng)參數(shù)計(jì)算 11
4.1.1 原始數(shù)據(jù) 11
4.1.2 參數(shù)計(jì)算 11
4.2 錐齒輪設(shè)計(jì) 12
4.2.1 技術(shù)要求 12
4.2.2 選定材料、熱處理及精度 12
4.2.3 初步設(shè)計(jì)齒輪傳動(dòng)的主要尺寸 12
4.2.4 強(qiáng)度校核 13
4.2.5 齒輪幾何尺寸計(jì)算 15
4.2.6 齒輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 16
4.3 橫軸設(shè)計(jì) 16
4.3.1 技術(shù)要求 16
4.3.2 軸的設(shè)計(jì) 16
4.3.3 按彎扭合成校核軸的強(qiáng)度 17
4.4 立軸設(shè)計(jì) 19
4.4.1 技術(shù)要求 19
4.4.2 軸的設(shè)計(jì) 19
5、其它零件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 21
5.1 箱體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 21
5.1.1 上頂蓋的設(shè)計(jì) 21
5.1.2 下頂蓋與上箱體的設(shè)計(jì) 21
5.1.3 下箱體的設(shè)計(jì) 22
5.2 軸的輔助定位零件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 22
5.2.1 套筒的設(shè)計(jì) 22
5.2.2 帶螺紋套筒的設(shè)計(jì) 23
6、結(jié)論 24
6.1 整體結(jié)構(gòu)說明 24
6.2 使用及維護(hù)方法 24
6.3 設(shè)計(jì)工作總結(jié) 24
6.4 存在的問題及繼續(xù)設(shè)計(jì)的建議 24
致謝 25
參考文獻(xiàn) 26
家用切片切絲機(jī)設(shè)計(jì)（根莖類、塊類蔬菜）
1、緒論
1.1 引言
隨著經(jīng)濟(jì)水平和科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，人們的生活水平不斷提高，人們對生活的便捷性要求也越來越高。為了解決生活中的種種困擾，為人們的生活提供便利，節(jié)約時(shí)間、提高效率，使用家用電器及小型的機(jī)械產(chǎn)品已成為家庭生活的一種趨勢。然而，家庭生活中切菜難并且危險(xiǎn)的問題還未得到解決。因此，針對這一問題，設(shè)計(jì)了一款家用切片切絲機(jī)，專門用來解決根莖類、塊類蔬菜難以切削的問題。下面對我國現(xiàn)有食品機(jī)械的概況作簡單介紹，了解其地位與作用、分類方法與特點(diǎn)及發(fā)展趨勢，掌握設(shè)計(jì)的方法和要求。
1.2 我國現(xiàn)有食品機(jī)械介紹
1.2.1 食品機(jī)械在我國食品工業(yè)中的地位與作用
食品是人類生存與發(fā)展的必不可少的物質(zhì)基礎(chǔ)。把一切可食用資源加工制造成食品的食品工業(yè)，是人類的生命產(chǎn)業(yè)，也是一個(gè)最為古老而又永不衰敗的常青產(chǎn)業(yè)。在現(xiàn)代社會(huì)食品工業(yè)的現(xiàn)代化水平已經(jīng)成為反映人民生活質(zhì)量高低及國家經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)與否的重要標(biāo)志。
食品機(jī)械就是將食品原料加工成食品（或半成品）的一類專業(yè)機(jī)械，是食品工業(yè)的技術(shù)裝備。食品工業(yè)要獲得更好的發(fā)展，除了需要先進(jìn)的食品工藝技術(shù)外，先進(jìn)的食品生產(chǎn)設(shè)備也是不可或缺的技術(shù)保障。食品工藝技術(shù)與設(shè)備必須協(xié)同發(fā)展，互相促進(jìn)。隨著我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)的不斷發(fā)展，我國的食品加工機(jī)械行業(yè)從初步形成到逐步發(fā)展，已經(jīng)為我國國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展做出重要貢獻(xiàn)。隨著經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的發(fā)展，社會(huì)對食品的需求持續(xù)增長，要求也越來越高，食品機(jī)械在國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)中的地位和作用將更加突出。
應(yīng)用食品機(jī)械有以下優(yōu)點(diǎn)：
（1）減輕從業(yè)人員勞動(dòng)強(qiáng)度，節(jié)約時(shí)間，提高效率，極大的解放生產(chǎn)力。
（2）實(shí)現(xiàn)手工所達(dá)不到的特殊加工效果，保證產(chǎn)品質(zhì)量，減少原材料的浪費(fèi)。
（3）減少人與食物的直接接觸，從而減少病菌的傳播機(jī)會(huì)，有效防止食品污染，保障食品安全。
(4)提高食品生產(chǎn)企業(yè)的市場競爭力。
（5）有利于改進(jìn)和加強(qiáng)企業(yè)的管理。
總而言之，食品機(jī)械在食品工業(yè)中占據(jù)著不可替代的地位，起著舉足輕重的作用。
1.2.2 食品機(jī)械的分類與特點(diǎn)
（1）食品機(jī)械的分類
由于食品機(jī)械的加工對象十分繁雜，原料來源非常廣泛，功能門類相當(dāng)多，到目前為止，還未有區(qū)分嚴(yán)格的食品機(jī)械分類方法。涉及食品機(jī)械分類方法的國家標(biāo)準(zhǔn)體系主要有：
1）機(jī)械行業(yè)產(chǎn)品種類劃分標(biāo)準(zhǔn)（JB3750-84）
在1984年，由原機(jī)械工業(yè)部頒布，主要按照食品機(jī)械的功能、加工對象來劃分，共有28個(gè)小類機(jī)械。
2）全國主要產(chǎn)品分類與代碼國家標(biāo)準(zhǔn)（GB/T7635.1-2002）
該標(biāo)準(zhǔn)頒布于2002年，主要按照產(chǎn)業(yè)源、產(chǎn)品性質(zhì)及功能等基本屬性來分類。
3）國家商業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（SB/T10084-92）
我國商業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《食品機(jī)械型號編制方法》中，對食品機(jī)械的分類、代號、型號等都做出了明確的規(guī)定。依照工作對象的差異將食品機(jī)械分為八大類。
（2）食品機(jī)械的特點(diǎn)
1）種類繁多，動(dòng)作原理較復(fù)雜，結(jié)構(gòu)形式多樣、繁簡不一。
食品機(jī)械處理的原料和生產(chǎn)的品種很多，大部分原料都具有生物屬性，成分復(fù)雜、性質(zhì)差別明顯；加工過程復(fù)雜多變，工藝要求各不相同；物料的形態(tài)多樣，有固態(tài)、液態(tài)、氣態(tài)及復(fù)合態(tài)。
2）衛(wèi)生要求嚴(yán)格。
食品機(jī)械加工的產(chǎn)品大多是人們直接入口的食品，食品衛(wèi)生關(guān)系到人們的身體健康。在我國約束和引導(dǎo)企業(yè)生產(chǎn)衛(wèi)生食品機(jī)械的國家標(biāo)準(zhǔn)有《食品機(jī)械安全衛(wèi)生》（GB 16798-1997）。
3）生產(chǎn)仍以小批量為主。
目前國內(nèi)食品機(jī)械中，國內(nèi)研制開發(fā)的一部分，國外進(jìn)口設(shè)備占一部分，定型產(chǎn)品較少，非定型產(chǎn)品偏多；考慮到食品加工的多樣性，有單件小批量、中批量、大批量幾個(gè)層次的生產(chǎn)形式，并且以小批量生產(chǎn)為主。
4）帶有區(qū)域性特色，且具有使用的季節(jié)性。
我國幅員遼闊，民族眾多，人們對食品的喜好也差異很大，地方風(fēng)味及特色產(chǎn)品也較多，反映在食品機(jī)械上就形成了食品加工設(shè)備的區(qū)域特征；此外，相當(dāng)數(shù)量的產(chǎn)品生產(chǎn)周期與原料的生產(chǎn)季節(jié)相關(guān)，又使食品機(jī)械的使用具有季節(jié)性特點(diǎn)。
5）是一門十分復(fù)雜的學(xué)科。
食品機(jī)械的生產(chǎn)中所涉及的知識(shí)面十分的寬泛，不僅包括一般機(jī)械的內(nèi)容，還涉及到食品工程、食品化學(xué)、食品流變學(xué)、食品衛(wèi)生和造型藝術(shù)等。
1.2.3 我國食品機(jī)械行業(yè)的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢
（1）我國食品機(jī)械行業(yè)的現(xiàn)狀
我國食品機(jī)械工業(yè)的發(fā)展始于上個(gè)世紀(jì)70年代，形成于80年代，高速發(fā)展的時(shí)期是80年代末和90年代初期，在這一時(shí)期，初步形成了具有門類較全、品種基本配套的獨(dú)立工業(yè)體系，對我國食品工業(yè)裝備國產(chǎn)化率和整體發(fā)展水平的提高起著重要的作用。國家組織并實(shí)施一批以食品加工為主的農(nóng)產(chǎn)品深加工重大科技專項(xiàng)，研制出一批技術(shù)含量較高的食品加工裝備，這些成果大大縮短了我國食品加工裝備與國際先進(jìn)水平的差距，部分領(lǐng)域已接近或達(dá)到國際先進(jìn)水平。
但由于起步較晚、基礎(chǔ)薄弱，我國食品工業(yè)的整體技術(shù)和裝備水平仍然落后發(fā)達(dá)國家約20年。食品加工裝備制造業(yè)產(chǎn)品穩(wěn)定性、可靠性及安全性都較低，能耗高，成套性也較差；整體研發(fā)能力偏若，關(guān)鍵技術(shù)自主創(chuàng)新力不高；一些關(guān)鍵領(lǐng)域?qū)ν饧夹g(shù)較為依賴，很多高技術(shù)含量和高附加價(jià)值產(chǎn)品主要依賴進(jìn)口，部分重大產(chǎn)業(yè)核心技術(shù)與裝備基本依賴進(jìn)口。
（2）我國食品機(jī)械行業(yè)的發(fā)展趨勢
作為朝陽工業(yè)，我國食品工業(yè)有著巨大的發(fā)展?jié)摿?。食品工業(yè)的高速發(fā)展很大程度上依賴與食品機(jī)械的發(fā)展，但同時(shí)也給食品機(jī)械工業(yè)的發(fā)展帶來了巨大的推動(dòng)力。隨著科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展和人類社會(huì)的不斷進(jìn)步，食品機(jī)械行業(yè)的發(fā)展也充滿活力，其主要發(fā)展趨勢表現(xiàn)如下：生產(chǎn)高效率化；食品資源高利用化；產(chǎn)品高度節(jié)能化；高新技術(shù)實(shí)用化；產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)趨于國際化；產(chǎn)品設(shè)計(jì)方法不斷該進(jìn)；技術(shù)創(chuàng)新成為技術(shù)跨越的重要手段。
1.3 切菜機(jī)介紹
1.3.1 切菜機(jī)介紹
目前我國市場上生產(chǎn)和銷售的切菜機(jī)主要是針對食品加工廠以及大型的食堂飯店所設(shè)計(jì)的，根據(jù)其功能的多寡主要分為兩類：
單切型切菜機(jī) 單切型切菜機(jī)適用于片、段、絲、塊莖、葉菜、海帶等。典型結(jié)構(gòu)為箱式。
多功能型切菜機(jī) 多功能型切菜機(jī)包含單切機(jī)的所以功能的同時(shí)，也可切圓形如土豆、蘿卜等。可將根、莖、葉等蔬菜加工成片、絲、丁、菱、曲線、花丁、花片等。典型的結(jié)構(gòu)有兩種：
雙頭型切菜機(jī) 一頭專切葉菜類，由傳送帶送菜，往復(fù)運(yùn)動(dòng)的刀具進(jìn)行切削；一頭專切土豆、蘿卜等根莖類、塊類蔬菜，原料從傾斜的料筒送入，由旋轉(zhuǎn)刀具進(jìn)行切削，可同時(shí)工作，通過更換刀盤，可以切出各種規(guī)格的片、絲、條。
組合式切菜機(jī) 水平傳送帶傳送原料，由在傳送帶上間隔分布的成一定角度的多個(gè)刀具進(jìn)行切削，根據(jù)需要原料在傳送帶上經(jīng)一次或多次切削后成形，成品的形狀參數(shù)通過調(diào)節(jié)刀具的切削速度及原料的傳送速度來控制。
現(xiàn)有的切菜機(jī)一般特點(diǎn)是：操作簡單方便，性能穩(wěn)定，故障率低，成熟可靠，維修方便；生產(chǎn)效率高，加工產(chǎn)品形狀范圍廣，破損率較低等。適用于食品行業(yè)、蔬菜加工行業(yè)、餐飲行業(yè)的各類蔬菜加工。
1.3.2 切菜機(jī)的發(fā)展趨勢
在1.2.3節(jié)介紹了整個(gè)食品機(jī)械行業(yè)的發(fā)展趨勢，但由于切菜機(jī)的功能的實(shí)用性及應(yīng)用范圍，它的發(fā)展又有一些新的特點(diǎn)，具體體現(xiàn)在以下兩個(gè)個(gè)方面：
（1)功能集成化
一機(jī)多用，不僅能更好的滿足生產(chǎn)的需要，還能為大大提高生產(chǎn)效率，節(jié)省能源，降低成本。
（2)規(guī)格兩極化
切菜機(jī)的處理物料是蔬菜，大規(guī)模的食品加工都要用它對原料進(jìn)行預(yù)處理，企業(yè)的不斷發(fā)展對切菜機(jī)的加工程度和加工能力也提出了更為嚴(yán)格的要求，切菜機(jī)大型化、自動(dòng)化是發(fā)展的必然趨勢。但隨著現(xiàn)代社會(huì)的發(fā)展，人們生活方式的改變，家庭用戶也對切菜機(jī)生產(chǎn)需求，但目前的切菜機(jī)因?yàn)楣β蚀?、體積大等因素并不適合家庭使用，如何填補(bǔ)這一巨大的市場空白，將是未來切菜機(jī)的發(fā)展的一個(gè)重要方向。
1.3.3 切菜機(jī)的工作原理
切菜機(jī)是食品原料預(yù)處理機(jī)械的一種，其切割過程是利用剪切原理實(shí)現(xiàn)物料切斷或者切碎的過程，通過物料和切刀之間產(chǎn)生的相對運(yùn)動(dòng)來完成。切菜機(jī)所加工的物料為蔬菜，加工后的形狀和規(guī)格也與其他切割機(jī)械有較大差異，是一類專用設(shè)備。
切菜機(jī)實(shí)現(xiàn)切割的方式主要是模擬手工切菜，蔬菜沿固定方向作進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，刀具在某一位置作往復(fù)運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)切割目的。
1.4 本文的研究目的和主要研究內(nèi)容
已有的切片切絲機(jī)雖然效率高、操作方便、能耗低，但體積大、功率高，只適合工廠、學(xué)校飯?zhí)谩⑹称芳庸S、蔬菜廠等使用，不能滿足家庭生活的需要，為此設(shè)計(jì)一款小巧實(shí)用的家用切菜機(jī)，能夠更好的滿足用戶需求，有實(shí)用價(jià)值。
本課題任務(wù)是針對家庭生活中比較難以切削的根莖類、塊類蔬菜設(shè)計(jì)一款簡單實(shí)用家用切片切絲機(jī)。包括原理方案設(shè)計(jì)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)、切削機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)、夾持定位機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)及主要零部件的設(shè)計(jì)和校核。
本論文共分為三個(gè)部分，主要內(nèi)容如下：
第一部分：緒論，即本論文的第1章，簡要介紹食品機(jī)械的總體情況，以及現(xiàn)有切菜機(jī)，說明本論文的研究目的和內(nèi)容。
第二部分：根莖類、塊類蔬菜家用切片切絲機(jī)的設(shè)計(jì)，是本論文的2-5章，第2章介紹原理方案的設(shè)計(jì)；第3章介紹切削機(jī)構(gòu)和定位壓緊機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)；第4章介紹傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)，詳細(xì)論述了運(yùn)動(dòng)參數(shù)的選擇、重要零件工作能力設(shè)計(jì)和校核兩個(gè)方面的內(nèi)容；第5章介紹結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，主要根據(jù)前面的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，繪制出根莖類、塊類蔬菜家用切片切絲機(jī)的總裝配圖及部件圖。
第三部分：結(jié)果與討論，論文的第6章，包括設(shè)計(jì)結(jié)果總結(jié)，以及對結(jié)果進(jìn)行的分析討論等。
1.5 原始數(shù)據(jù)及技術(shù)要求
1.5.1 原始數(shù)據(jù)
本切片切絲機(jī)屬于所處理的對象是家庭生活中常見的塊狀蔬菜，主要的設(shè)計(jì)參數(shù)來源于對蔬菜形狀以及切削蔬菜時(shí)力的測量。
表1-1中列出的是對馬鈴薯、山藥、胡蘿卜、白蘿卜以及藕這五種蔬菜切削力的測定結(jié)果，本測定實(shí)驗(yàn)選用的蔬菜是家庭生活中較為常見的種類，切削刀具選用普通的家用水果刀，在最大直徑處豎直切削，并通過電子秤測定切削時(shí)的最大重量，然后轉(zhuǎn)換得到對不同蔬菜的近似切削力。
根據(jù)表1-1，選定藕的最大切削力作為設(shè)計(jì)參照，在綜合考慮形狀及測量精度等因素，最終確定設(shè)計(jì)參數(shù)切削力為90N。
考慮到塊狀蔬菜形狀差異較大，限定本設(shè)計(jì)可加工的最大直徑為90mm。 依據(jù)烹飪對食材的不同尺寸要求，設(shè)定可加工的片狀蔬菜厚度為：1-10mm，可加工的絲狀蔬菜直徑需分粗細(xì)兩種（根據(jù)切絲刀的型號選定）。
表1-1蔬菜切削力測定
蔬菜
種類
蔬菜特征
切削力（N）
切削力最大值（N）
最大直徑（mm）
自重（g）
1
2
3
4
馬鈴薯
56
200
30.87
40.57
40.18
37.73
40.57
山藥
62
240
10.34
11.17
10.00
10.68
10.68
胡蘿卜
30
70
43.51
46.35
46.45
46.06
46.45
白蘿卜
78
320
23.33
20.38
16.27
16.46
23.33
藕
68
140
72.13
65.76
56.54
59.68
72.13
根據(jù)大多數(shù)家庭的生活習(xí)慣，確定該切片切絲機(jī)的工作時(shí)間為：使用年限10年，360天/年， 2次/天，每次工作0.4h。
1.5.2 技術(shù)要求
（1） 設(shè)計(jì)應(yīng)符合國家規(guī)范要求,計(jì)算方法應(yīng)該盡可能的采用最新研究成果；
（2） 要求機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)簡單緊湊，運(yùn)動(dòng)靈活可靠；
（3）設(shè)計(jì)安全實(shí)用。
2、原理方案設(shè)計(jì)
2.1 原理分析
由1.3.3節(jié)的介紹可知，切片切絲機(jī)要實(shí)現(xiàn)切削蔬菜的功能主要是模仿手工切菜方式，即刀具與蔬菜成一定角度作往復(fù)運(yùn)動(dòng)，同時(shí)蔬菜朝著刀具的切削面作進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。在切削過程中刀具往復(fù)運(yùn)動(dòng)的頻率和蔬菜進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的速度需要根據(jù)加工對象以及加工要求的不同有所調(diào)整。由此我們可以得出：切片切絲機(jī)必須具備動(dòng)力源、力（力矩）傳遞機(jī)構(gòu)、切削機(jī)構(gòu)、制動(dòng)機(jī)構(gòu)以及必要的外部支承定位機(jī)構(gòu)，其中力矩傳遞機(jī)構(gòu)還需要能夠?qū)崿F(xiàn)與動(dòng)力源運(yùn)動(dòng)方式匹配的運(yùn)動(dòng)形式轉(zhuǎn)換機(jī)能。
刀具切削蔬菜的主要方式有兩種：往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)與轉(zhuǎn)動(dòng)。
制動(dòng)機(jī)構(gòu)與動(dòng)力來源相匹配。在使用人力時(shí)，機(jī)構(gòu)的運(yùn)轉(zhuǎn)與否取決于操作者是否施力，以及機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)；但使用電動(dòng)機(jī)時(shí)，必須有相應(yīng)的控制電路。
在不考慮動(dòng)力源的情況下，提出以下兩種設(shè)計(jì)方案：
方案一：蔬菜通過傳送帶在水平方向作直線運(yùn)動(dòng)；刀具做往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)，通過曲柄滑塊或凸輪機(jī)構(gòu)等實(shí)現(xiàn)；切片切絲的轉(zhuǎn)換通過在蔬菜傳送線路上設(shè)置刀具的數(shù)目及刀具形狀來決定，切片厚度由蔬菜及刀具相對運(yùn)動(dòng)速度決定；在傳送帶的末端設(shè)置收集機(jī)構(gòu)。
方案二：蔬菜通過豎直或向上傾斜設(shè)置的料筒內(nèi)，依靠重力自動(dòng)向下運(yùn)動(dòng)；刀具在水平或豎直平面作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，可通過連桿機(jī)構(gòu)、帶傳動(dòng)、鏈傳動(dòng)或齒輪傳動(dòng)等實(shí)現(xiàn)；切片切絲的轉(zhuǎn)換通過更換不同型號的刀具來實(shí)現(xiàn)；利用重力或離心作用收集加工好的蔬菜。
2.2 方案選定
分析了切菜機(jī)的功能原理之后，發(fā)現(xiàn)除離心式切菜機(jī)外，現(xiàn)有切菜機(jī)的工作方式都可劃分在上述兩種方案中，對比之后得出以下結(jié)論：
（1）根據(jù)方案一設(shè)計(jì)的切菜機(jī)一般適用于切削葉菜類蔬菜，雖然也可以切削根莖類、塊類蔬菜但切片切絲質(zhì)量較差，工作時(shí)噪音較大，整個(gè)機(jī)構(gòu)體積也過大。
（2）根據(jù)方案二設(shè)計(jì)的切菜機(jī)一般適用于切削根莖類、塊類蔬菜，與方案一相比，切片切絲質(zhì)量較好，并不使用傳送帶，減少了傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，結(jié)構(gòu)較為緊湊。
因此，選定方案二作為本次家用切片切絲機(jī)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)。
2.2.1 整體機(jī)構(gòu)布置
方案二的整體機(jī)構(gòu)布置形式還可以分為水平布置和立式布置兩種，因此為選擇適宜的方案，還需要對兩種布置形式作進(jìn)一步的分析。
（1）水平布置
目前最常見的布置形式，在水平方向，依次布置動(dòng)力機(jī)構(gòu)，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，切削機(jī)構(gòu)，最后是向上傾斜的料筒。刀具在豎直平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)，蔬菜被放入料筒后，因自重沿筒壁向下運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)進(jìn)給。加工好的蔬菜在自重及離心力的作用下落入位于刀具下方的收集盒內(nèi)。主要優(yōu)點(diǎn)是水平布置分散受力，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，各個(gè)機(jī)構(gòu)獨(dú)立性較好。缺點(diǎn)是料筒位置固定，不易做到蔬菜的分類收集。
（2）立式布置
在豎直方向依次布置料筒、切削機(jī)構(gòu)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、動(dòng)力機(jī)構(gòu)，其中傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和動(dòng)力機(jī)構(gòu)可平行布置，并需要在設(shè)置料筒的一側(cè)留有成品收集盒的空間。立式布置的有點(diǎn)是：料筒豎直布置，所占空間較小，可在刀具旋轉(zhuǎn)路徑上布置多個(gè)進(jìn)料口，并且蔬菜的運(yùn)動(dòng)總是豎直向下，各個(gè)料筒的工作不會(huì)互相干涉。缺點(diǎn)比較明顯，立式布置結(jié)構(gòu)相對集中，對支承機(jī)構(gòu)的強(qiáng)度要求較高。
出于提高切片切絲機(jī)的工作能力的考量，期望實(shí)現(xiàn)多種蔬菜同時(shí)切削并分類收集的目的，因此本設(shè)計(jì)的整體機(jī)構(gòu)布置形式選擇立式。
2.2.2 動(dòng)力選擇
家用機(jī)械產(chǎn)品的主要?jiǎng)恿碓从腥撕碗妱?dòng)機(jī)兩種。人力的主要特點(diǎn)是：持續(xù)時(shí)間有限，動(dòng)力波動(dòng)較大，但控制方便，清潔無污染。電動(dòng)機(jī)的主要特點(diǎn)是：動(dòng)力可靠，穩(wěn)定性高，工作效率高，但需要占用一定的空間位置，消耗電能，需要配套的調(diào)速控制裝置；小功率的電機(jī)耗能少，但轉(zhuǎn)速過高，轉(zhuǎn)矩不大；普通電機(jī)轉(zhuǎn)矩滿足要求，但體積過大，能耗偏高，利用率較低。
考慮到本設(shè)計(jì)對體積和能耗方面的限制較多，以及對動(dòng)力的穩(wěn)定性及持續(xù)性要求不高的特點(diǎn)優(yōu)先考慮使用人力作為動(dòng)力來源。確定動(dòng)力源及機(jī)構(gòu)布置形式之后，還需要選擇相匹配的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。
2.2.3 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)選型
使用人力作為動(dòng)力源，一般是通過操作者轉(zhuǎn)動(dòng)或者推拉、按壓等傳動(dòng)構(gòu)件，使其獲得運(yùn)動(dòng)所需的力（力矩），進(jìn)而可帶動(dòng)相關(guān)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)預(yù)期目的。傳遞力（力矩）的常用機(jī)構(gòu)有連桿機(jī)構(gòu)、凸輪機(jī)構(gòu)、齒輪機(jī)構(gòu)、蝸桿機(jī)構(gòu)、以及帶傳動(dòng)、鏈傳動(dòng)等。
凸輪機(jī)構(gòu)一般是由凸輪、從動(dòng)件和機(jī)架三個(gè)構(gòu)件構(gòu)成，通常選取凸輪作主動(dòng)件，通過設(shè)計(jì)凸輪的形狀使從動(dòng)件得到預(yù)期運(yùn)動(dòng)，從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)主要是直線上的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，因而在本設(shè)計(jì)中不考慮使用凸輪機(jī)構(gòu)。
渦輪蝸桿傳動(dòng)主要用于兩軸交錯(cuò)、傳動(dòng)比較大、傳遞功率不太大或間歇工作的場合，雖然可以實(shí)現(xiàn)本設(shè)計(jì)的預(yù)期目的，但其傳動(dòng)效率低，成本較高，不適宜用在本設(shè)計(jì)中。
帶傳動(dòng)分摩擦傳動(dòng)型和嚙合傳動(dòng)型兩大類，但在兩類傳動(dòng)中都采用帶作為中間撓性元件來傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力。鏈傳動(dòng)與帶傳動(dòng)相類似，是由裝在平行軸上的主、從動(dòng)鏈輪和繞在鏈輪上的環(huán)形鏈條所組成，以鏈作為中間撓性件，靠鏈與鏈輪輪齒的嚙合來傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力。以上兩種傳動(dòng)都是實(shí)現(xiàn)平行軸間運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力的傳遞，在本設(shè)計(jì)中如將平行軸豎直布置可實(shí)現(xiàn)預(yù)期目的。
連桿機(jī)構(gòu)是由若干構(gòu)件用低副連接而成，構(gòu)件運(yùn)動(dòng)形式多樣，可實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)、擺動(dòng)、移動(dòng)和平面或空間復(fù)雜運(yùn)動(dòng)，可用于剛體導(dǎo)引、實(shí)現(xiàn)已知運(yùn)動(dòng)軌跡或運(yùn)動(dòng)規(guī)律。在本設(shè)計(jì)中要應(yīng)用連桿機(jī)構(gòu)將主動(dòng)構(gòu)件的轉(zhuǎn)動(dòng)或直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為實(shí)刀具在水平面內(nèi)的轉(zhuǎn)動(dòng)，可采用雙曲柄機(jī)構(gòu)或者逆向運(yùn)用曲柄滑塊機(jī)構(gòu)。
齒輪機(jī)構(gòu)是現(xiàn)代機(jī)械中應(yīng)用最廣泛的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，可以用于傳遞空間任意兩軸或多軸之間的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力。在本設(shè)計(jì)中可以利用齒輪機(jī)構(gòu)或齒輪齒條傳動(dòng)實(shí)現(xiàn)所需功能。
根據(jù)上述分析，帶傳動(dòng)、鏈傳動(dòng)等都可實(shí)現(xiàn)預(yù)期目的，但考慮到本設(shè)計(jì)的整體結(jié)構(gòu)要緊湊，故不選用軸豎直布置的帶傳動(dòng)、鏈傳動(dòng)以及直齒圓柱齒輪傳動(dòng)。綜合考慮人的生理及生活習(xí)慣，操作者更易執(zhí)行轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)作，并能夠在動(dòng)作中給構(gòu)件施加較大的力，因而不考慮齒輪齒條機(jī)構(gòu)以及會(huì)產(chǎn)生死點(diǎn)的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)。
經(jīng)對比分析之后，選用直齒圓錐齒輪傳動(dòng)，不僅可實(shí)現(xiàn)傳遞運(yùn)動(dòng)及動(dòng)力的目的，還可使整體結(jié)構(gòu)緊湊。
2.2.4 工作原理簡圖繪制
綜上所述，本切片切絲機(jī)的工作原理圖可簡化為如圖2-1所示的一級圓錐齒輪換向機(jī)構(gòu)。
圖2-1 工作原理簡圖
3、切削機(jī)構(gòu)及定位壓緊機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
3.1 切削機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
3.1.1 設(shè)計(jì)要求
由于料筒內(nèi)的原料在豎直方向的進(jìn)給量固定，調(diào)整較難，切削機(jī)構(gòu)作為本設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)目標(biāo)功能的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，不僅要實(shí)現(xiàn)刀具對原料切削，還要能夠改變切削形狀，調(diào)整切削參數(shù)。
切削機(jī)構(gòu)在工作中是直接與原料接觸的部分，出于安全考慮，不僅其構(gòu)件需要選擇無污染材料，還要注意將切削部件與機(jī)械傳動(dòng)部件隔離開來，減少原料污染的可能性。
3.1.2 機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
(1) 刀具的選擇
在食品加工中，切割的物料多為蔬果、肉類及面糖食品等塊狀物料。加工對象的力學(xué)性質(zhì)不同，適宜的刀片形狀也各種各樣。常用的刀片根據(jù)刀片形狀及刃口形狀的不同主要分為12類：1）鋸形刃口圓盤刀；2）光滑刃口圓盤刀；3）圓錐形刀片；4）圓弧形凸刃口刀；5）光滑刃口平板刀；6）梳形刃口刀片；7）魚鱗形刃口刀；8）鋸形刃口平板刀；9）三角刃口刀片；10）螺線型凸刃口刀；11）螺線型凹刃口刀；12）雙面磨刃刀片。
其中平板刀應(yīng)用最廣泛，本設(shè)計(jì)中選用光滑刃口平板刀作為切片刀，切絲選用梳形刃口刀片。
(2) 設(shè)計(jì)方案
本設(shè)計(jì)為切片切絲機(jī)，在工作中需要實(shí)現(xiàn)切片切絲的轉(zhuǎn)換，為方便快速的實(shí)現(xiàn)這一功能，需要兩把規(guī)格相同的切片刀，兩把規(guī)格不同的切絲刀，并設(shè)計(jì)如圖3-1所示的盤狀刀架，在刀架上對稱布置刀片安裝位置，切片時(shí)，兩位置均安裝切片刀，需要切絲時(shí)，將任一切片刀卸下，換為切絲刀，在切削時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)刀架，將切絲刀調(diào)整到最先開始切削的位置，梳形刃口刀片切削后留下的凸臺(tái)，剛好被光滑刃口刀片切除，切成的成品均為長條形。調(diào)整切片厚度是在安裝切片刀時(shí)加裝相應(yīng)厚度的墊塊，調(diào)整切絲規(guī)格是通過跟換相應(yīng)的刀片。
圖3-1 刀架 1、2-刀具安裝位置
3.2 定位壓緊機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
3.2.1 設(shè)計(jì)要求
在本設(shè)計(jì)中加工的原料為根莖類、塊類蔬菜，其形狀尺寸沒有固定參數(shù)，在切削加工時(shí)雖然有料筒限制其位置，但當(dāng)部分原料尺寸遠(yuǎn)小于料筒直徑時(shí)，原料就會(huì)在加工時(shí)產(chǎn)生晃動(dòng)，使切削形狀不穩(wěn)定，因此需要在豎直方向?qū)υ鲜┘訅毫?，使其位置保持穩(wěn)定。當(dāng)切削較長的圓柱形原料時(shí)，原料上端位置高于料筒時(shí)可手動(dòng)增壓；當(dāng)切削開始之后，原料上端位置隨之降低，最終低于料筒，由于料筒有一定高度，手動(dòng)增壓不再有效，因而需要設(shè)計(jì)壓緊機(jī)構(gòu)解決這一問題。
3.2.2 機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
常用的壓（夾）緊機(jī)構(gòu)有：連桿機(jī)構(gòu)，凸輪機(jī)構(gòu)，斜面（楔塊）和螺旋機(jī)構(gòu)等?，F(xiàn)有的壓（夾）緊機(jī)構(gòu)，是針對兩個(gè)或兩個(gè)以上的工作對象，使其間產(chǎn)生壓（緊）或夾（緊）力，而成為一個(gè)“單元機(jī)構(gòu)”，放松以后作用解除。一般情況下，處于壓（夾）緊狀態(tài)的工件靜止或隨夾具運(yùn)動(dòng)，但本設(shè)計(jì)中需要的壓緊機(jī)構(gòu)必須對運(yùn)動(dòng)中的原料施加持續(xù)的壓力。彈簧構(gòu)件在壓緊以后可以產(chǎn)生壓力，其壓力隨著壓縮長度的變化而變化，在此處雖可采用彈簧提供壓力，但其力的變化規(guī)律不符合期望。因此直接選用如圖3-2所示的片形壓塊2，壓塊側(cè)邊有外伸部分，可在料筒3內(nèi)壁的限位槽中運(yùn)動(dòng)。在無法手動(dòng)增壓的情況下，將壓塊2放入料筒，使原料獲得持續(xù)的壓力，當(dāng)切削完成后壓塊卡在料筒下端，可以配套的吊鉤1將壓塊取出。
圖3-2 壓塊 1-吊鉤，2-壓塊，3-料筒（上頂蓋）
3.3 箱體快速連接機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
3.3.1 設(shè)計(jì)要求
由于本設(shè)計(jì)中，切削機(jī)構(gòu)整體位于上下頂蓋的內(nèi)部，在工作時(shí)上、下頂蓋閉合，并需要連接起來固定位置，但在改變加工要求，需要更換刀片或調(diào)整刀片位置時(shí)，上、下頂蓋就必須可以快速的脫離開來。因此需要設(shè)計(jì)一種快速連接機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)這一要求。
3.3.2 機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
此處需要的快速連接機(jī)構(gòu)實(shí)質(zhì)上是可將頂蓋鎖定在上箱體上的鎖止機(jī)構(gòu)。圖中3-3所示為一處于關(guān)閉位置后的杠桿鎖止器。鎖扣1與底座4通過螺釘分別固定在上、下頂蓋上。鎖扣1下端彎曲，在閉合時(shí)限定拉環(huán)2的位置。搭扣5繞固定軸3轉(zhuǎn)動(dòng)，可利用拉環(huán)2將上、下頂蓋聯(lián)在一起。底座4上有突出的擋栓，為避免鎖止器自動(dòng)打開，可以在擋栓上掛一鎖或插銷。
圖3-3 杠桿鎖止器
1-鎖扣，2-拉環(huán)，3-軸，4-底座，5-搭扣
4、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
4.1 傳動(dòng)參數(shù)計(jì)算
4.1.1 原始數(shù)據(jù)
最大切削力：F=90N；工作時(shí)間：使用年限10年，360天/年，2次/天，每次工作0.4h；手柄的轉(zhuǎn)速：80r/min；錐齒輪機(jī)構(gòu)的主要作用是轉(zhuǎn)換運(yùn)動(dòng)方向，故原始傳動(dòng)比i=1。
4.1.2 參數(shù)計(jì)算
切片切絲機(jī)工作需要的總功率：
其中：—切片切絲機(jī)切削所需工作功率，W；
—由主動(dòng)軸至切片切絲機(jī)切刀轉(zhuǎn)軸的總效率。
切片切絲機(jī)切削所需工作功率：
W
其中：F—切片切絲機(jī)的工作阻力，即最大切削力，N；
v—切片切絲機(jī)切刀的線速度，m/s；
n—切片切絲機(jī)切刀的轉(zhuǎn)速，r/min；
R—切片切絲機(jī)切削力作用半徑，mm；
傳動(dòng)裝置總效率為組成傳動(dòng)裝置的各部分運(yùn)動(dòng)副效率之乘積，在本設(shè)計(jì)中即為錐齒輪傳動(dòng)效率和兩對軸承的效率的乘積：
其中：、分別為錐齒輪傳動(dòng)、軸承的傳動(dòng)效率。
取，[1]，則
初步設(shè)計(jì)R為100mm，則可計(jì)算得
主動(dòng)軸的輸入轉(zhuǎn)矩：
表4-1運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)計(jì)算結(jié)果
軸名
效率P（W）
轉(zhuǎn)矩T（N·m）
輸入
輸出
輸入
輸出
主動(dòng)軸I
80.95
79.33
9.67
9.48
從動(dòng)軸II
76.75
75.41
9.19
9.01
4.2 錐齒輪設(shè)計(jì)
4.2.1 技術(shù)要求
輸入功率，小齒輪轉(zhuǎn)速，傳動(dòng)比，由手動(dòng)驅(qū)動(dòng)，使用年限10年，360天/年， 2次/天，每次工作0.4h。盤狀切削機(jī)構(gòu)工作時(shí)有輕微沖擊，轉(zhuǎn)向不變。
4.2.2 選定材料、熱處理及精度
考慮到本設(shè)計(jì)的功率以及對整體設(shè)計(jì)的體積要求，大小齒輪都選用軟齒面直齒圓錐齒輪。
（1）齒輪材料及熱處理
根據(jù)表9.10[2]初步選大小齒輪材料為45鋼。小齒輪調(diào)質(zhì)處理，并齒面淬火，齒面硬度為。大齒輪調(diào)質(zhì)處理，硬度為。按圖9.55和圖9.58[2]，分別取，，，，在普通齒輪機(jī)床上范成加工，齒面終加工不磨齒，必要時(shí)剃齒、刮齒或珩齒。
考慮到本設(shè)計(jì)的工作環(huán)境比較潮濕，處理的蔬菜酸堿性各異，需要零件表面具有一定的耐磨性、耐腐蝕性，并且美觀。所以對大小齒輪均進(jìn)行發(fā)藍(lán)處理，以減少磨損和腐蝕，發(fā)揮零件材料的潛力，增加其使用壽命，并提高表面的裝飾效果。
（2）齒輪精度
按GB/T11365-1989，8級，法向側(cè)隙公差種類為C[3]。
4.2.3 初步設(shè)計(jì)齒輪傳動(dòng)的主要尺寸
（1）確定齒數(shù)z
因?yàn)楸緦X輪的主要作用是轉(zhuǎn)換運(yùn)動(dòng)方向和傳遞力矩，理想傳動(dòng)比，但為減小配對齒輪嚙合的振動(dòng)并使所有輪齒磨損均勻，故取，，齒數(shù)比。
（2）初選模數(shù)m
直齒錐齒輪的參數(shù)和幾何尺寸均以大端為準(zhǔn)，且大端模數(shù)m直接影響齒根彎曲強(qiáng)度，為防止過載時(shí)輪齒突然斷裂，按GB/T 12369-1990，選，大端的壓力角，齒頂高系數(shù)，頂隙系數(shù)[2]。
（3）當(dāng)量齒輪參數(shù)計(jì)算
錐距
，分度錐角，。
齒寬系數(shù)。一般取，故取，則。
齒寬中點(diǎn)的分度圓直徑（平均分度圓直徑）和平均模數(shù)
齒寬中點(diǎn)處當(dāng)量齒輪的分度圓直徑、當(dāng)量齒數(shù)及齒數(shù)比
，，
4.2.4 強(qiáng)度校核
直齒錐齒輪強(qiáng)度的簡化計(jì)算，通常按齒寬中點(diǎn)的當(dāng)量齒輪進(jìn)行，可以直接引用直齒圓柱齒輪的相應(yīng)公式。
（1）輪齒受力分析
小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩
忽略齒面摩擦力，假設(shè)法向力集中作用在齒寬中點(diǎn)上，在分度圓上將其分解為圓周力、徑向力和軸向力相互垂直的三個(gè)分力。
載荷系數(shù),，按表9.10、圖9.44、表9.19[2]取使用系數(shù)，動(dòng)載荷系數(shù)，徑向載荷分配系數(shù)，得。
（2）齒面接觸疲勞強(qiáng)度校核
許用接觸應(yīng)力
小齒輪應(yīng)力循環(huán)次數(shù)
大齒輪應(yīng)力循環(huán)次數(shù)
按圖9.56、圖9.57、表9.15[2]分別取壽命系數(shù)，尺寸系數(shù)，安全系數(shù)。工作硬化系數(shù)。
試驗(yàn)齒輪的齒面接觸疲勞強(qiáng)度極限，，則許用接觸應(yīng)力。
由表9.14、圖9.48[2]分別查得材料彈性系數(shù)，節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù)，則齒面接觸疲勞強(qiáng)度為
，，故齒面接觸疲勞強(qiáng)度滿足要求。
（3）齒根彎曲疲勞強(qiáng)度校核
許用彎曲應(yīng)力，按圖9.59、圖9.60以及表9.15[2]分別取壽命系數(shù)，尺寸系數(shù)，安全系數(shù)，試驗(yàn)齒輪的應(yīng)力修正系數(shù)，試驗(yàn)齒輪的彎曲疲勞極限、，則。
直齒錐齒輪傳動(dòng)的齒根彎曲疲勞強(qiáng)度校核公式為：
按圖9.53以及圖9.54[2]分別取齒形系數(shù)，，應(yīng)力修正系數(shù)，。，則
。
，則本對齒輪的齒根彎曲疲勞強(qiáng)度滿足要求。
4.2.5 齒輪幾何尺寸計(jì)算
表4-2 標(biāo)準(zhǔn)直齒錐齒輪傳動(dòng)的主要幾何尺寸
名稱
代號
圓錐小齒輪
圓錐大齒輪
分度錐角
分度圓直徑
錐距
齒頂高
齒根高
齒頂圓直徑
齒根圓直徑
齒頂角
齒根角
齒頂錐角
齒根錐角
分度圓齒厚
齒寬
當(dāng)量齒輪
當(dāng)量齒數(shù)比
平均模數(shù)
平均分度圓直徑
當(dāng)量齒輪的分度圓直徑
4.2.6 齒輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
由于兩圓錐齒輪的齒頂圓直徑均小于200mm，且錐齒輪的小端e大于1.6m，故兩圓錐齒輪都設(shè)計(jì)為實(shí)心結(jié)構(gòu)，具體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如附圖01-10及01-25所示。
4.3 橫軸設(shè)計(jì)
4.3.1 技術(shù)要求
傳遞功率,轉(zhuǎn)速，直齒圓錐齒輪傳動(dòng)，懸臂布置，齒寬，齒數(shù)，大端模數(shù)，軸端裝有曲柄。
4.3.2 軸的設(shè)計(jì)
（1）選擇軸的材料
考慮到本設(shè)計(jì)的工作環(huán)境及設(shè)計(jì)要求，選擇軸的材料為奧氏體不銹鋼，經(jīng)淬火處理，硬度為192HBS。彎曲許用應(yīng)力。
（2）初步計(jì)算軸徑
根據(jù)公式19.3[2]，取，并由表9.13選取系數(shù)，得
因?yàn)檩S端安裝曲柄，截面形狀變?yōu)檎叫?，?huì)削弱軸的強(qiáng)度。故將軸徑增加4%~5%，取軸的直徑為16mm。
圖4-1 橫軸的結(jié)構(gòu)
（3）軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
1）擬定軸上零件的布置方案
根據(jù)軸上齒輪、軸承、軸承蓋、套筒、軸套、曲柄等零件的裝配方向、順序和相互關(guān)系，軸上零件的布置方案如圖4-1所示。
2） 軸上零件的定位及軸的主要尺寸確定
根據(jù)軸的受力，選取30304圓錐滾子軸承，其尺寸d×D×B為20mm×52mm×15mm，與其配合軸端的軸徑為20mm（配合為k）。兩軸承用來軸向定位的軸肩，按30304軸承，查得為28mm[2]，配合軸段長15mm；軸承外圈采用套筒以及軸承端蓋進(jìn)行軸向定位，兩軸承間距取30mm。
取齒輪安裝段直徑為18mm，配合為H7/r6，考慮到齒輪與軸套的裝配位置，配合軸段長度取33mm，并用軸套作軸向定位，齒輪右端利用軸端擋圈來定位。
左端軸外伸，與曲柄配合，為使曲柄在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)與箱體外壁發(fā)生干涉，取外伸長度為52mm，其中與曲柄配合的長度為20mm。
3) 軸結(jié)構(gòu)的工藝性
取軸端倒角為1×45°，各軸肩的圓角半徑R為2mm。
4.3.3 按彎扭合成校核軸的強(qiáng)度
(1)軸上受力分析
圓錐小齒輪的圓周力
圓錐小齒輪的徑向力
圓錐小齒輪的軸向力
(2)計(jì)算作用于軸上的支反力
記A為左端軸承的作用截面，B為右端軸承的作用截面，C為齒輪力的作用截面，其間距分別為40mm,43mm.。
水平面內(nèi)的支反力
垂直面內(nèi)的支反力
(3)計(jì)算軸的彎矩
計(jì)算截面B處的彎矩
合成彎矩
(4)校核軸的強(qiáng)度
彎矩最大的截面為B，對該截面的強(qiáng)度校核如下所述。
根據(jù)公式（19.6）[2]，取，；考慮鍵槽的影響，直徑乘以0.94，則有
，故安全。
4.4 立軸設(shè)計(jì)
4.4.1 技術(shù)要求
直齒圓錐齒輪傳動(dòng)從動(dòng)軸，，立式布置，直齒圓錐齒輪齒寬，齒數(shù)，大端模數(shù)，軸上端裝有軸套與刀架連接。
4.4.2 軸的設(shè)計(jì)
（1）選擇軸的材料
與主動(dòng)軸選擇材料相同，為奧氏體不銹鋼，經(jīng)淬火處理，硬度為192HBS。彎曲許用應(yīng)力。
（2）初步計(jì)算軸徑
根據(jù)公式19.3[2]，取，并由表9.13選取系數(shù)，得
因?yàn)檩S端安裝軸套，開鍵槽，會(huì)削弱軸的強(qiáng)度。故將軸徑增加4%~5%，取軸的最小直徑為14mm。
（3）軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
1）擬定軸上零件的布置方案
根據(jù)軸上齒輪、軸承、軸承蓋、軸套等零件的裝配方向、順序和相互關(guān)系，軸上零件的布置方案如圖4-2所示有兩種方式。方案b，齒輪及軸承的調(diào)整用墊片來實(shí)現(xiàn)，但軸的下方調(diào)整時(shí)不方便，因?yàn)樗砷_下端軸承端蓋時(shí)，齒輪、軸套、軸承等零件由于自重而向下移動(dòng)，使調(diào)整困難。并且安裝完成后，軸及安裝在軸上零件的自重全部通過軸承端蓋，經(jīng)螺栓傳遞到箱體上，對軸承端蓋及螺栓來說負(fù)載過大。如果采用方案a）的結(jié)構(gòu)，則調(diào)整比較方便。這中方案的調(diào)整是靠套筒內(nèi)的螺紋來實(shí)現(xiàn)的，軸承端蓋不起支承作用，松開后齒輪等零件仍然能得到很好的固定，故本設(shè)計(jì)采用方案a）。
2）軸上零件的定位及軸的主要尺寸確定
根據(jù)軸的受力，選取30304圓錐滾子軸承，其尺寸d×D×B為20mm×52mm×15mm，與其配合軸端的軸徑為20mm（配合為k）。上端軸承采用軸肩作軸向定位，按30304軸承，查得為28mm[2]，配合軸段長15mm；下端采用軸套作及套杯作軸向定位。
圖4-2 立軸的設(shè)計(jì)
取齒輪安裝段直徑為22mm，配合為H7/r6，配合軸段比齒輪寬略短，取其長度為24mm。齒輪的上端采用軸肩定位，下端采用軸套定位。
3） 軸結(jié)構(gòu)的工藝性
取軸端倒角為1×45°，各軸肩的圓角半徑R為2mm。
5、其它零件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
5.1 箱體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
箱體的主要功能是支承并容納各種零件，如傳動(dòng)零件、軸、軸承等，使其能夠保持正常的運(yùn)動(dòng)關(guān)系和運(yùn)動(dòng)精度；安全保護(hù)和密封作用，在保證箱體內(nèi)的零件不受外界環(huán)境影響的同時(shí)又保護(hù)操作者的人身安全，還具有一定的隔振、隔熱和隔音作用。本設(shè)計(jì)的箱體在實(shí)現(xiàn)以上功能的基礎(chǔ)上，還需改善機(jī)體的造型，使整體造型美觀，更受人們的青睞。
為減輕整個(gè)設(shè)計(jì)的重量，箱體的材料選擇熱塑性塑料高密度聚乙烯（PE），其耐化學(xué)腐蝕性優(yōu)良，沖擊強(qiáng)度突出，耐磨、耐疲勞。
5.1.1 上頂蓋的設(shè)計(jì)
上頂蓋是本設(shè)計(jì)的重要零件之一，其主要作用不僅是將切削機(jī)構(gòu)與外界環(huán)境隔離開來，還需要有可投放原料，并限定其位置的料筒以及可安裝壓塊的導(dǎo)槽，安裝杠桿鎖止器的孔。
上頂蓋結(jié)構(gòu)如圖5-1所示，主要由提手，三個(gè)圓柱形的料筒及周圍的殼體組成。三個(gè)料筒的直徑分別為30mm、60mm、90mm，高度為55mm，料筒軸線都位于距離殼體軸線100mm處，直徑為30mm和60mm料筒位于最大料筒的兩側(cè)。殼體及料筒壁的厚度根據(jù)材料的強(qiáng)度選定取10mm。料筒直徑?jīng)Q定了本切菜切絲機(jī)所能加工物料的最大直徑為90mm，刀具旋轉(zhuǎn)一周最多可依次加工物料的數(shù)量為3。
圖5-1 上頂蓋
5.1.2 下頂蓋的設(shè)計(jì)
如圖5-2所示，下頂蓋為盤狀，與上頂蓋料筒對應(yīng)位置設(shè)有出料口，中間部分與上箱體配合限定立軸的位置。其主要作用是與上頂蓋配合，隔離切削機(jī)構(gòu)與外界環(huán)境。
圖5-2 下頂蓋
5.1.3上箱體的設(shè)計(jì)
上箱體結(jié)構(gòu)如圖5-3所示，主要作用是與下箱體配合，支承并限定軸、軸承等零件的位置；為了提高軸承孔附近的聯(lián)結(jié)剛度，在軸承孔兩側(cè)制有凸臺(tái)，以安裝聯(lián)結(jié)螺栓，凸臺(tái)的表面需要機(jī)械加工。
考慮到成品的收集，上箱體外殼需要避開出料口，故選擇錐形與長方體形相結(jié)合的造型；又橫軸為懸臂布置，箱體側(cè)邊需“開口”，并向外延伸一段長度，為內(nèi)部零部件的裝配和調(diào)整提供空間。
圖5-3 上箱體
5.1.4 下箱體的設(shè)計(jì)
下箱體是本設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)部件，既起支承作用，承受其他零部件的重量；又起基準(zhǔn)作用，保證部件間的相對位置。下箱體的尺寸和位置精度對設(shè)計(jì)產(chǎn)生整體性的影響，因而必須合理選擇下箱體的各項(xiàng)精度；下箱體要有足夠的剛度，需增加其壁厚，但若單靠增加壁厚提高剛度，又必定會(huì)使下箱體笨重、浪費(fèi)材料，故本設(shè)計(jì)中下箱體的壁厚取15mm，并用加強(qiáng)筋的辦法增加局部剛度，從而提高連接剛度，加強(qiáng)筋的厚度為壁厚的0.8倍，取12mm。
圖5-4 下箱體
5.2 軸的輔助定位零件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
5.2.1 套筒的設(shè)計(jì)
小錐齒輪安裝在橫軸的懸伸端，一對圓錐滾子軸承的安裝有面對面安裝和背對背安裝兩種方式。背對背安裝時(shí)，小錐齒輪懸臂長度相對較短，軸的剛度較大，但這種結(jié)構(gòu)軸承的安裝需要在套筒內(nèi)進(jìn)行，很不方便，而且軸承的間隙靠圓螺母調(diào)整也很麻煩，所以軸的剛度較大，但這里不采用這種安裝方式。軸承面對面安裝，軸承只在內(nèi)、外圈固定一個(gè)端面，安裝軸承較為方便，軸承間隙是通過調(diào)整墊片以及調(diào)整軸承端蓋位置來保證的。套筒的設(shè)計(jì)有如圖5-4所示兩種方式：一是將套筒作為獨(dú)立部件，通過螺栓將其聯(lián)結(jié)在機(jī)體上，這種結(jié)構(gòu)可減小機(jī)體的長度，簡化機(jī)體結(jié)構(gòu)，但對套筒剛度的要求較高，不僅要增加其壁厚，還需要增加支承肋，如圖5-4-b）所示。二是采用圖5-4-a）所示的結(jié)構(gòu)，機(jī)體即上下箱體向外延伸一段長度，用來安裝套筒，支承內(nèi)部零件重量?？紤]到上下箱體是從橫軸軸線所在的水平面進(jìn)行分割的，若采用圖5-4-b）所示結(jié)構(gòu)，將對下箱體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性產(chǎn)生較大影響，對套筒的剛度要求也較高，因而采用5-4-a）所示結(jié)構(gòu)。套筒材料選取不銹鋼1Cr18Ni9Ti。
圖5-4 套筒結(jié)構(gòu)
5.2.2 帶螺紋套筒的設(shè)計(jì)
此處套筒的作用是與套杯配合調(diào)整軸承以及錐齒輪的位置。套筒總長為53mm，內(nèi)部分為兩段，光孔部分與軸承配合，根據(jù)軸承與錐齒輪位置，取其長度為25mm；螺紋為普通粗牙螺紋，大徑為56mm，右旋。套筒壁厚取10mm，材料選取不銹鋼1Cr18Ni9Ti。
圖5-5 套筒結(jié)構(gòu)
6、結(jié)論
6.1 整體結(jié)構(gòu)說明
本次設(shè)計(jì)的根莖類、塊類蔬菜家用切片切絲機(jī)總裝配圖見附圖01，其主要結(jié)構(gòu)有：傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、切削機(jī)構(gòu)、壓緊定位機(jī)構(gòu)以及箱體等輔助機(jī)構(gòu)。其中傳動(dòng)機(jī)構(gòu)包括一對直齒圓錐齒輪和兩個(gè)傳動(dòng)軸，其作用是傳遞動(dòng)力并改變運(yùn)動(dòng)的傳遞方向；切削機(jī)構(gòu)由刀架、法蘭、墊塊和刀片組成；壓緊定位通過壓塊與料筒的配合實(shí)現(xiàn)；用于支承定位的箱體分為四個(gè)部分：上頂蓋、下頂蓋、上箱體及下箱體；手柄和曲柄是可拆卸的，在使用時(shí)才安裝。上、下箱體是通過杠桿鎖止器聯(lián)結(jié)，錐齒輪與軸、法蘭與軸通過鍵聯(lián)結(jié)，其它機(jī)構(gòu)的聯(lián)結(jié)都采用螺紋聯(lián)結(jié)。
6.2 使用及維護(hù)方法
本設(shè)計(jì)的操作方法相對簡單，只需將要加工的原料放入料筒，把收集盒放在相對應(yīng)的出料口，然后操作手柄轉(zhuǎn)動(dòng)曲柄，就可以開始切削。但在使用前及日常維護(hù)時(shí)需要注意以下事項(xiàng)：
（1） 操作前需將切片切絲機(jī)放置在水平臺(tái)面上，確保機(jī)體放置平穩(wěn)可靠；
（2） 檢查料筒內(nèi)及上、下頂蓋間是否有異物，如有異物必須及時(shí)清理，以免引起刀具損壞；
（3） 根據(jù)蔬菜需加工的形狀選擇刀片，如要加工硬度相對較大的菜類，要及時(shí)調(diào)整轉(zhuǎn)動(dòng)曲柄的速度；
（4） 在本設(shè)計(jì)中，切削形狀及切削厚度的改變都通過對刀具安裝位置的調(diào)整來實(shí)現(xiàn)，因而刀具的拆裝比較頻繁。安裝刀具，要調(diào)整好刀片刃口方向，并需要將安裝位置轉(zhuǎn)至出料口處，借助出料口處的開口，將刀片以及必要的墊塊通過螺栓緊固在刀架上。
（5） 每次使用后要及時(shí)清洗刀具及機(jī)體，但務(wù)必在機(jī)體表面無殘余水分之后再收藏保管。
6.3 設(shè)計(jì)工作總結(jié)
根莖類塊類蔬菜家用切片切絲機(jī)是廣泛聽取了家庭用戶的使用意見之后，在原有切片切絲機(jī)的基礎(chǔ)上進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)的。整個(gè)設(shè)計(jì)過程包括：對切菜機(jī)的工作原理進(jìn)行系統(tǒng)分析，選定合理的整體機(jī)構(gòu)布置方案，設(shè)計(jì)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、切削機(jī)構(gòu)以及壓緊定位機(jī)構(gòu)等；利用AUTOCAD軟件繪制總裝配圖及部分零件圖；對關(guān)鍵零件進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，并校核部分設(shè)計(jì)結(jié)果。最終設(shè)計(jì)的切片切絲機(jī)只須使用不同料筒和相應(yīng)的刀片，手動(dòng)操作即可進(jìn)行切片切絲工作，在三個(gè)料筒中同時(shí)放入物料時(shí)，可統(tǒng)一加工并能夠?qū)崿F(xiàn)分類收集功能。本設(shè)計(jì)構(gòu)思新穎、結(jié)構(gòu)緊湊、外形美觀、安全衛(wèi)生，是土豆、蘿卜、紅薯等根莖類、塊類蔬菜切片和切絲的理想廚房設(shè)備，適合家庭用戶使用。
6.4 存在的問題及繼續(xù)設(shè)計(jì)的建議
在本次設(shè)計(jì)中，僅初步完成了對家用切片切絲機(jī)的原理方案設(shè)計(jì)，繪制出總裝配圖及部分零件圖，設(shè)計(jì)中存在的問題還很多，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：
1）本設(shè)計(jì)中，多數(shù)構(gòu)件選用非金屬材料，材料的主要力學(xué)性能雖有據(jù)可查，但相關(guān)的工藝性能并沒有系統(tǒng)的研究說明，設(shè)計(jì)中眾多參數(shù)的選取都參考了金屬材料的相關(guān)性能，而非金屬材料與金屬材料在這些方面還是有較大差異，因此設(shè)計(jì)的可靠性還需進(jìn)一步的測試研究。
2）在本文中僅對部分設(shè)計(jì)結(jié)果進(jìn)行強(qiáng)度校核，多數(shù)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及材料選擇的合理性未得到有效驗(yàn)證。
3）本設(shè)計(jì)所針對的是家庭用戶，對設(shè)計(jì)的實(shí)用性和經(jīng)濟(jì)性有較多要求，在設(shè)計(jì)過程中雖也考慮到這些問題，但并沒有對整個(gè)設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)成本做出評估，其成本是否合理的問題還未的到解決。
綜上所述，還需要完成大量的分析、測試工作才能將本設(shè)計(jì)產(chǎn)品化。
由于本人的水平和時(shí)間有限，在設(shè)計(jì)的進(jìn)行中難免有一些工作未能做到位，論文的撰寫也存在欠妥之處，懇請各位老師批評指正。
致謝
在本論文結(jié)稿之際，要感謝在整個(gè)論文寫作過程中幫助過我的每一位人。首先，要感謝我的指導(dǎo)老師，陳芳老師。陳老師從開始的課題選擇，到方案的選定，設(shè)計(jì)的逐步完成， 再到最后論文編撰成文，都非常耐心的對我進(jìn)行指導(dǎo)。不僅給我提供大量有效的建議，告訴我應(yīng)該注意的事項(xiàng)，給我指出錯(cuò)誤，修改論文，還教會(huì)我設(shè)計(jì)的方法，端正我工作的態(tài)度，幫助我樹立堅(jiān)定的信念，使我受益匪淺。
還要感謝東